第1章直流电机结构与工作原理
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第1章 直流电动机基本理论及结构
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1.1 直流电动机的原理与结构
电动机铭牌上所标的数据为额定数据.具体含义有以下几点。 电动机铭牌上所标的数据为额定数据 具体含义有以下几点。 具体含义有以下几点 1.型号 型号 电动机的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯 数字表示。 数字表示。 2.直流电动机的额定值 直流电动机的额定值 (1)额定功率 N是指电动机在额定状态下运行时轴上输出的 额定功率P 额定功率 机械功率.又称为额定容量 又称为额定容量(W) 机械功率.又称为额定容量(W) 。它等于额定电压和电流的 乘积再乘上电动机的效率. 乘积再乘上电动机的效率 (2)额定电压 N是指电动机寿命期内安全工作的最高电压 额定电压U 额定电压 (V). (3)额定电流 N是指电动机轴上带有额定机械负载时的输人 额定电流I 额定电流 电流(A). 电流 (4)额定转速 N是指在额定电压、额定电流和额定输出功率 额定转速n 额定转速 是指在额定电压、 的情况下电动机运行时的旋转速度(r/min) . 的情况下电动机运行时的旋转速度
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1. 2 直流电动机电枢绕组
1.2.2 电枢绕组的基本要求及绕制规则
对电枢绕组的基本要求是:一方面能够产生足够大的电动势 对电枢绕组的基本要求是 一方面能够产生足够大的电动势. 一方面能够产生足够大的电动势 通过一定大小的电流.产生足够的转矩 产生足够的转矩;另一方面要尽可能节 通过一定大小的电流 产生足够的转矩 另一方面要尽可能节 约材料.结构简单 结构简单。 约材料 结构简单。 绕组是由元件构成的一个元件由两条元件边和端接线组成。 绕组是由元件构成的一个元件由两条元件边和端接线组成。 元件边放在槽内.能切割磁力线产生感应电动势 称为“‘ 能切割磁力线产生感应电动势.称为“‘有 元件边放在槽内 能切割磁力线产生感应电动势 称为“‘有 效边” 端接线放在槽外 不切割磁力线.仅作为连接线使用 端接线放在槽外.不切割磁力线 仅作为连接线使用。 效边”;端接线放在槽外 不切割磁力线 仅作为连接线使用。 为了便于嵌线.每个元件的一个边放在某一个槽的上层 每个元件的一个边放在某一个槽的上层.称为 为了便于嵌线 每个元件的一个边放在某一个槽的上层 称为 上层边.另一个边则放在另一个槽的下层 称为下层边。 另一个边则放在另一个槽的下层.称为下层边 上层边 另一个边则放在另一个槽的下层 称为下层边。绘图 为了表达清晰.将上层边用实线表示 时.为了表达清晰 将上层边用实线表示，下层边用虚线表示。 为了表达清晰 将上层边用实线表示，下层边用虚线表示。
第1章 直流电机的结构与工作原理
*
（3）额定电流ＩＮ 指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为A 。 直流发电机额定电流为 直流电动机额定电流为
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。
*
电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称为电枢。
1.2.1 基本知识
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1直流电机的结构与工作原理
*
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构
电枢铁芯
电枢绕组
换向磁极
主磁极
电刷装置
机座
端盖
定子
转子
换向器
转轴
轴承
直 流 电 机
*
1.1 直流电机的结构与工作原理
1.2 直流电机的电枢绕组
*
单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。
1.单叠绕组的链接规律 绘制展开图的步骤是： 第一步：计算绕组的各节距。包括 、y、y1。 第二步：画槽、画元件，按顺序编号。每槽用两条短线表示，实线表示上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。
1.1 直流电机的结构与工作原理
*
2. 直流电动机工作原理
把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
（3）额定电流ＩＮ 指在额定情况下，电机流出或流入的电流，单位为A 。 直流发电机额定电流为 直流电动机额定电流为
1.3 直流电机的铭牌数据及主要系列
同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。
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电枢绕组是直流电机的核心部分。无论是发电机还是电动机，感应电动势和电磁转矩都在电枢绕组中产生，电枢绕组是实现机电能量转换的枢纽，电枢绕组的名称由此而来，并为此把直流电机的转子称为电枢。
1.2.1 基本知识
第一章 直流电机的结构与工作原理
1.2直流电机的电枢绕组
1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1直流电机的结构与工作原理
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1.1 直流电机的结构与工作原理
1.1.1 直流电机的结构
电枢铁芯
电枢绕组
换向磁极
主磁极
电刷装置
机座
端盖
定子
转子
换向器
转轴
轴承
直 流 电 机
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1.1 直流电机的结构与工作原理
1.2 直流电机的电枢绕组
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单叠绕组是指元件的首端和末端分别接到相邻的两片换向片上，下一个元件叠在前一个元件之上。
1.单叠绕组的链接规律 绘制展开图的步骤是： 第一步：计算绕组的各节距。包括 、y、y1。 第二步：画槽、画元件，按顺序编号。每槽用两条短线表示，实线表示上层，虚线表示下层。注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。
1.1 直流电机的结构与工作原理
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2. 直流电动机工作原理
把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。如右图。
直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。
第一篇直流电机
随线圈一同旋转的换向片上。
转子线圈与外电路的连接是 通过放置在换向片上固定不 动的电刷进行的。
图1.3.7 直流发电机的工作原理图
直流发电机是将机械能
转变成电能的旋转机械。
当原动机驱动电机转子 逆时针旋转时，线圈abcd 将产生感应电动势。 如右图，导体ab在N极下，
a点高电位，b点低电位；
导体cd在S极下，c点高电 位，d点低电位；电刷A极 性为正，电刷B极性为负。
将直流电动机的工作原理归结如下：
1、将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流 流过。 2、电机内部有磁场存在。 3、载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力F 的作用 F=BLI （左手定则） 4、所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分) 旋转，以便拖动机械负载。
1.2 直流电机的电枢绕组
设槽内每层有u个元件边，则把每个实际槽看作包含有u个 “虚槽”，每个虚槽的上、下层各有一个元件边，如图表 示u=3时，元件边的布置情况。 若实槽数为Z，虚槽数为 Zi，则Zi=uZ
因为每一个元件有两个元件边， 而每一换向片连接一个元件的 始端和另一个元件的末端；又 因为每一个虚槽包含着两个元 件边，所以绕组的元件数S、换 向片数K和虚槽数Zi三者应相等， 即S=K=Zi=uZ
先画16个槽和16个换向片，并将元件、槽和换向片按 顺序编号。编号时把元件号码、元件上层边所在槽的号 码以及与元件上层边相联接的换向片号码编得一致，即1 号元件的上层边放在1号槽内并与1号换向片相连接。因 为y1=4,则1号元件的下层边应放在第5号槽（1+y1=5）的 下层，下层边用虚线表示，编号为5
们的能量转换过程是可逆的。
电机的运行方式 取决于外部条件
将直流电源加于电刷， 输入电能，将电能转换 为机械能，直流电机作 电动机运行。
第1章直流电机教案分解
第1章直流电机教案分解引言直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域，包括工业、交通和家用电器等。
在学习直流电机的过程中，教案的编写是非常重要的一步。
本章将对直流电机教案进行分解，具体介绍每个部分的内容和相应的要点。
一. 教学目标在直流电机教学过程中，我们需要明确教学目标，以便学生能够明确学习的重点和最终达到的学习目标。
主要目标： - 了解直流电机的基本原理和结构 - 掌握直流电机的常用参数和计算方法 - 理解直流电机的工作原理和特性 - 能够分析和解决直流电机的故障和问题次要目标： - 培养学生的动手能力和实验操作技巧 - 提高学生的分析和问题解决能力二. 教学内容直流电机教学内容的设计应符合学生的学习需求和教学目标。
以下是直流电机教案的主要内容：1.直流电机的原理与结构–电磁感应原理–磁场与电路的相互作用–直流电机的主要部件和结构2.直流电机的基本参数–电压、电流和功率关系–电机的额定电压和额定电流–电机的转速和转矩关系3.直流电机的运行与特性–起动和制动控制–速度、转矩和效率的关系–负载特性和加载能力4.直流电机的故障与维修–故障的常见类型和原因–故障排除和维修方法–预防故障和保养措施为了促进学生的参与和积极学习直流电机的知识和技能，我们需要采用多种教学方法。
以下是几种常见的教学方法：•讲授法：通过讲解直流电机的原理、结构和特性，向学生传授相关的知识。
•实验法：安排实验环节，让学生亲自操作直流电机，观察和记录实验结果，提高实践能力。
•案例分析法：通过分析实际案例，让学生从实际问题中理解和解决直流电机的故障。
•讨论法：组织学生进行小组讨论，鼓励学生发表自己的观点和思考。
四. 教学流程为了让教学过程更加有条理和可控，教学流程的设计非常重要。
以下是直流电机教案的教学流程：1.引入（5分钟）–激发学生对直流电机的兴趣，介绍直流电机在生活中的应用。
2.知识讲解（30分钟）–讲解直流电机的原理与结构、基本参数和运行特性。
机电传动控制复习
一. 三相异步电动机的基本结构
机 电 传 动 控 制
三 相 异 步 电 动 机
铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成(导磁部分)。 定 绕组:放在定子铁心内圆槽内(导电部分)。 子 机座:固定定子铁心及端盖。 静止 部分 铁心:由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 绕组: ① 鼠笼式：转子铁心的每个槽内 插入一根裸导条， 转 形成一个多相对称短路绕组。 子 ② 绕线式：转子绕组为三相对称绕组， 旋转 嵌放在转子铁心槽内。 部分 转轴、轴承、风扇
机 电 传 动 控 制
电磁转矩T 为拖动转矩，方向与n 相同 (定子) 励磁 电动势E为反电势，它与外加电压 回路 产生的电流Ia方向相反。 U＝E＋IaRa
(3)电压平衡方程式
外加电枢电压为电枢的反电势和电阻压降所平衡。
3
第1章 直流电机 1-1 直流电机的基本结构与工作原理
三、直流电机的励磁方式 (a)他励 (b)并励 (转子)电枢回路 (定子)励磁回路 (c)串励 (d)复励
0° 120°
机 电 传 动 控 制
㈠ 旋转磁场的产生
240° 360°
0°
120°
240°
360°
高速
0° 60° 120° 180° 低速
两极与四极旋转磁场的比较
14
第2章 交流电动机 2-1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
二. 三相异步电动机的工作原理
㈡ 转动原理 1.电生磁 (右手定则)
机 电 传 动 控 制
“自转”现象的消除 要求交流伺服电动机的转子电阻值设计得很大，使电机 在失去控制信号而单相运行时，正转矩或负转矩的最大 值均出现在sm＞1的地方。 交流伺服电动机的转速控制方式 ① 幅值控制 ② 相位控制 ③ 幅相控制
机 电 传 动 控 制
三 相 异 步 电 动 机
铁心:由导磁性能很好的硅钢片叠成(导磁部分)。 定 绕组:放在定子铁心内圆槽内(导电部分)。 子 机座:固定定子铁心及端盖。 静止 部分 铁心:由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 绕组: ① 鼠笼式：转子铁心的每个槽内 插入一根裸导条， 转 形成一个多相对称短路绕组。 子 ② 绕线式：转子绕组为三相对称绕组， 旋转 嵌放在转子铁心槽内。 部分 转轴、轴承、风扇
机 电 传 动 控 制
电磁转矩T 为拖动转矩，方向与n 相同 (定子) 励磁 电动势E为反电势，它与外加电压 回路 产生的电流Ia方向相反。 U＝E＋IaRa
(3)电压平衡方程式
外加电枢电压为电枢的反电势和电阻压降所平衡。
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第1章 直流电机 1-1 直流电机的基本结构与工作原理
三、直流电机的励磁方式 (a)他励 (b)并励 (转子)电枢回路 (定子)励磁回路 (c)串励 (d)复励
0° 120°
机 电 传 动 控 制
㈠ 旋转磁场的产生
240° 360°
0°
120°
240°
360°
高速
0° 60° 120° 180° 低速
两极与四极旋转磁场的比较
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第2章 交流电动机 2-1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
二. 三相异步电动机的工作原理
㈡ 转动原理 1.电生磁 (右手定则)
机 电 传 动 控 制
“自转”现象的消除 要求交流伺服电动机的转子电阻值设计得很大，使电机 在失去控制信号而单相运行时，正转矩或负转矩的最大 值均出现在sm＞1的地方。 交流伺服电动机的转速控制方式 ① 幅值控制 ② 相位控制 ③ 幅相控制
第1章 直流电机的基础知识
C m = 9.55C e
直流电动机额定转矩：
TN
PN = 9 . 55 nN
TN:额定转矩(N.m) PN:额定功率(W) nN:额定转速(r/min)
补充：直流电动机中，转子旋转起来会切割磁力线，产生感 补充 应电动势，这被称为电枢电动势Ea，判断它的方向与电源输 入的电流方向相反，称为反电动势 直流发电机中，电枢绕组中有了感应电流，在磁场中又 会受到电磁力的作用，电磁力所形成的电磁转矩T与转子的 运动方向相反，阻碍运动，被称为制动转矩（或阻转矩） 在工作原理中重要的两个参数的不同作用 ： 直流电动机 直流发电机 T 驱动转矩 阻转矩 Ea 反电动势 相当于直流电源
1.2 直流电机的励磁方式和铭牌
一、直流电机的励磁方式 1．励磁方式：直流电机的励磁绕组的供电方式。 2．直流电机种类：按励磁方式分为有（1）他励直流电机； （2）并励直流电机；（3）串励直流电机；（4）复励直流 电机等四种。
二、直流电机的铭牌 每台直流电机的机座上都有一个铭牌，其上标有电机型 号和各项额定值，用以表示电机的主要性能和使用条件。
2．直流电动机输入的电功率为： P1=UIa=（Ea+IaRa）Ia=EaIa+Ia2Ra=Pm+ Pcu 上式说明：输入的电功率一部分被电枢绕组消耗 （电枢铜损）一部分转换成机械功率（电磁功率）。 3．直流电动机输出的机械功率为： P2=Pm-PFe-Pem-PS=Pm-P0-PS=P1-∑P 4．直流电动机的效率为：
3、电机的特点： 可逆性——看外部条件 ，发电机一般接负载；电 动机一般接电源。
4、直流电机转子电动势 1）概念 转子电动势：转子绕组切割磁力线而产生的感应电动势。 2）表达式 每根导体的感应电动势： e = BLv e:感应电动势(V) B:电磁感应强度(T) L:每根导体的有效长度(m) v:转子转动线速度(m/s)
第1章直流电机
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理与结构 1.2 直流电机电枢绕组简介 1.3 直流电机的电枢反应 1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 1.5 直流电机的换向 1.6 直流发电机 1.7 直流电动机
思考题与习题
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
测速
电源
励磁机 伺服
第1章 直流电机
合成磁势曲线
饱和时磁阻 不为常数不 能简单叠加
电枢磁场磁通 密度分布曲线
Bx
主磁场的 磁通密度 分布曲线
B0 x
Bax
不饱和两条曲线逐点叠 加后得到负载时气隙磁 场的磁通密度分布曲线
物理中性线偏离几何中性线
第1章 直流电机
二、当电刷不在几何中性线上时
电刷从几何中性线偏 移 角，电枢磁动势 轴线也随之移动 角，如图(a)(b)所示。
第1章 直流电机
1.1.1 直流电机的主要结构
第1章 直流电机
直流电机截面图
第1章 直流电机
直流电机主磁极
第1章 直流电机
换向极
换向极是安装 在两相邻主磁 极之间的一个 小磁极，它的 作用是改善直 流电机的换向 情况，使电机 运行时不产生 有害的火花。
第1章 直流电机
电刷装置
电刷装置—— 电刷装置是电 枢电路的引出 （或引入）装 置
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运 行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流——欠载 运行；运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载 运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使 用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此 时电机的运行效率、工作性能等比较好。
第1章 直流电机
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理与结构 1.2 直流电机电枢绕组简介 1.3 直流电机的电枢反应 1.4 直流电机的电枢电动势和电磁转矩 1.5 直流电机的换向 1.6 直流发电机 1.7 直流电动机
思考题与习题
第1章 直流电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
测速
电源
励磁机 伺服
第1章 直流电机
合成磁势曲线
饱和时磁阻 不为常数不 能简单叠加
电枢磁场磁通 密度分布曲线
Bx
主磁场的 磁通密度 分布曲线
B0 x
Bax
不饱和两条曲线逐点叠 加后得到负载时气隙磁 场的磁通密度分布曲线
物理中性线偏离几何中性线
第1章 直流电机
二、当电刷不在几何中性线上时
电刷从几何中性线偏 移 角，电枢磁动势 轴线也随之移动 角，如图(a)(b)所示。
第1章 直流电机
1.1.1 直流电机的主要结构
第1章 直流电机
直流电机截面图
第1章 直流电机
直流电机主磁极
第1章 直流电机
换向极
换向极是安装 在两相邻主磁 极之间的一个 小磁极，它的 作用是改善直 流电机的换向 情况，使电机 运行时不产生 有害的火花。
第1章 直流电机
电刷装置
电刷装置—— 电刷装置是电 枢电路的引出 （或引入）装 置
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电机运 行于额定状态。电机的运行电流小于额定电流——欠载 运行；运行电流大于额定电流——过载运行。长期欠载 运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使 用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此 时电机的运行效率、工作性能等比较好。
第1章 直流电机
第1章 直流电机
1.1直流电机的工作原理和结构
直流发电机可作为各种直流电源。 直流电动机具有宽广的调速范围，较强的过载能 力和较大的起动转矩等特点，广泛应用于对起动和 调速要求较高的生产机械，如电力机车、内燃机车、 工矿机车、城市电车、电梯、轧钢机等的拖动电机。
2
§1-1 直流电机的工作原理和结构
一、直流电机的工作原理
直流电机是直流发电机和直流 电动机的总称。直流电机具有可 逆性，既可作直流发电机使用， 也可作直流电动机使用。
14
§1-1 直流电机的工作原理和结构
（2）电枢绕组
电枢绕组的作用是产生 感应电势和通过电流产生 电磁转矩，实现机电能量 转换。它是直流电机的主 要电路部分。
电枢绕组通常都用圆形或矩形截面的导线绕制而成，再按一定 规律嵌放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁心之间都要 妥善地绝缘。为了防止离心力将绕组甩出槽外，槽口处需用槽楔 将绕组压紧，伸出槽外的绕组端接部分用玻璃丝带绑紧。绕组端 头则按一定规律嵌放在换向器钢片的升高片槽内，并用锡焊或氩 弧焊焊牢。
12
（3）换向极
§1-1 直流电机的工作原理和结构
换向极又称附加极，安装在相邻两主磁极的几何 中心线上。 Why？在1.7讲
换向极的作用是改善直流电机换向。在小容量电 机（1kw以下）中，有时换向极只有主磁极的一半， 或不安装换向极。 （4）电刷装置
电刷与换向器相配合，在电动机中起到逆变（将 直流变为交流）作用；而在发电机中则起到整流 （将交流变为直流和结构
（3）换向器 换向器的作用是
在电刷间得到直流电 动势，并保证每个磁 极下电枢导体电流方 向不变，以产生恒定 方向的电磁转矩。
16
§1-1 直流电机的工作原理和结构
3、气隙
气隙是定子和转子（电枢）之间自然形成的间 隙。它是电机主磁路的一部分,是电机能量转换的 媒介。气隙的大小对电机运行的影响很大。小容 量电机约为1-3mm，大容量电机可为几毫米。
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§1-1 直流电机的工作原理和结构
一、直流电机的工作原理
直流电机是直流发电机和直流 电动机的总称。直流电机具有可 逆性，既可作直流发电机使用， 也可作直流电动机使用。
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§1-1 直流电机的工作原理和结构
（2）电枢绕组
电枢绕组的作用是产生 感应电势和通过电流产生 电磁转矩，实现机电能量 转换。它是直流电机的主 要电路部分。
电枢绕组通常都用圆形或矩形截面的导线绕制而成，再按一定 规律嵌放在电枢槽内，上下层之间以及电枢绕组与铁心之间都要 妥善地绝缘。为了防止离心力将绕组甩出槽外，槽口处需用槽楔 将绕组压紧，伸出槽外的绕组端接部分用玻璃丝带绑紧。绕组端 头则按一定规律嵌放在换向器钢片的升高片槽内，并用锡焊或氩 弧焊焊牢。
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（3）换向极
§1-1 直流电机的工作原理和结构
换向极又称附加极，安装在相邻两主磁极的几何 中心线上。 Why？在1.7讲
换向极的作用是改善直流电机换向。在小容量电 机（1kw以下）中，有时换向极只有主磁极的一半， 或不安装换向极。 （4）电刷装置
电刷与换向器相配合，在电动机中起到逆变（将 直流变为交流）作用；而在发电机中则起到整流 （将交流变为直流和结构
（3）换向器 换向器的作用是
在电刷间得到直流电 动势，并保证每个磁 极下电枢导体电流方 向不变，以产生恒定 方向的电磁转矩。
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§1-1 直流电机的工作原理和结构
3、气隙
气隙是定子和转子（电枢）之间自然形成的间 隙。它是电机主磁路的一部分,是电机能量转换的 媒介。气隙的大小对电机运行的影响很大。小容 量电机约为1-3mm，大容量电机可为几毫米。
1直流电机的工作原理和基本结构
磁极由主极铁心和套装在铁心上 的励磁绕组构 成。 • 当励磁绕组中通有直流励磁电流 时，气隙中就会形成一个恒定的 主磁场。 • 为了减少电枢转动时由于齿、槽 移动造成主极极靴表面磁通密度 变化所引起的铁心损耗，主极铁 心通常用1～1.5mm厚的钢板冲片 叠压紧固而成。套装在各磁极上 的励磁绕组既可串联、也可并联， 但连接时应使相邻的主磁极呈N、 S交替排列。
未标注时，即为定额工作方式。 • （8）绕组温升或绝缘等级 • （9）电机的型号：开启式，防护式，封闭式，防爆
式。 • （10）其他：制造厂家，出厂年月，出厂序号。
2020年3月8日 第25页
小结
• 常用的直流电机是换向器式电机，其电枢导 体感应的电势是交变的，经过换向器和电刷 的作用才得到直流电压。为了得到平稳的直 流电压，电枢绕组由许多分布于电枢表面的 线圈（元件）组成。
• 而且由于有换向器，使它比交流电机费工费料，造价昂贵。 运行时换向器需要经常维修，寿命也较短。
2020年3月8日 第5页
三、直流电机的发展状况
• 大功率半导体元件发展很快，它的可靠性、价格、 控制方便等指标日益改进，在某些场合，已经可以 成功地用可控整流电源代替直流发电机了。不过， 有些性能(如波形平滑等)仍不及直流发电机。
部分，又是电枢绕组的支撑 部件；电枢绕组就嵌放在电 枢铁心的槽内。为减少电枢 铁心内的涡流损耗，铁心一 般用厚0.5mm且冲有齿、槽 的型号为DR530或DR510的 硅钢片叠压夹紧而成，如图 所示。小型电机的电枢铁心 冲片直按压装在轴上，大型 电机的电枢铁心冲片先压装 在转子支架上，然后再将支 架固定在轴上。为改善通风， 冲片可沿轴向分成几段，以 构成径向通风道。
2020年3月8日 第13页
• 2．电刷装置
未标注时，即为定额工作方式。 • （8）绕组温升或绝缘等级 • （9）电机的型号：开启式，防护式，封闭式，防爆
式。 • （10）其他：制造厂家，出厂年月，出厂序号。
2020年3月8日 第25页
小结
• 常用的直流电机是换向器式电机，其电枢导 体感应的电势是交变的，经过换向器和电刷 的作用才得到直流电压。为了得到平稳的直 流电压，电枢绕组由许多分布于电枢表面的 线圈（元件）组成。
• 而且由于有换向器，使它比交流电机费工费料，造价昂贵。 运行时换向器需要经常维修，寿命也较短。
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三、直流电机的发展状况
• 大功率半导体元件发展很快，它的可靠性、价格、 控制方便等指标日益改进，在某些场合，已经可以 成功地用可控整流电源代替直流发电机了。不过， 有些性能(如波形平滑等)仍不及直流发电机。
部分，又是电枢绕组的支撑 部件；电枢绕组就嵌放在电 枢铁心的槽内。为减少电枢 铁心内的涡流损耗，铁心一 般用厚0.5mm且冲有齿、槽 的型号为DR530或DR510的 硅钢片叠压夹紧而成，如图 所示。小型电机的电枢铁心 冲片直按压装在轴上，大型 电机的电枢铁心冲片先压装 在转子支架上，然后再将支 架固定在轴上。为改善通风， 冲片可沿轴向分成几段，以 构成径向通风道。
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• 2．电刷装置
直流电机
• 直流发电机
• 直流电动机 额定转矩
额定转矩TN单位：N.m; 额定功率PN的单位：W
• • • •
1. 他励发电机 这种发电机的励磁电流是由另一直流电源单独供电的 。 2. 自励发电机 发电机的励磁电流由电机电枢提供，它又可分为如下三类。
• (1)并励发电机 • 励磁绕组与电机电枢两端并联连接，由发电机本 身发出的端电压提供励磁电流。 • (2) 串励发电机 • (3) 复励发电机 • • 此外，有些直流电机是用永久磁铁来产生磁场的， • 称为永磁式直流电机。
2. 转子部分
定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置
机械能与电能相互转换的 枢纽，因此称作电枢。 电枢主要包括电枢铁心、电枢绕组、换 向器等。
1—轴承；2—轴；3—电枢绕组；4—换向极绕组；5—电枢铁心；6— 7—刷杆座；8—换向器；9—电刷；10—主磁极；11—机座；12—励磁绕组； 13—风扇；14—前端盖
1 - 5 生产机械的机械特性
• 一、生产机械的机械特性 所谓生产机械的机械特性，是指同一轴上负载静阻转 矩和转速之间的函数关系。 可在同一直角坐标系中作出电动机的机械特性和生 产机械的机械特性，用运动方程式对传动系统的运行状 态进行分析。
(一) 恒转矩型机械特性 恒转矩型负载的特点是负载转矩与转速的大小无关，是一常数。 1. 摩擦性恒转矩负载
通过，使定子铁心产生固定磁场，
即定子的主要作用是产生主磁场。
2— 电枢绕组：在固定的磁场中 旋转，主要作用是产生感应电动 势或产生机械转矩，实现能量的 转换。 3—电刷
4—换向片
3、4—换向器：电刷固定不动，换向片与电枢绕组一起旋转， 主要作用对发电机而言是将电枢绕组内感应的交流电势转换成电
第一章.直流电机
直流电机的基本结构总结
主要由定子、转子两部分组成
直流电机
定子
转子
机座 主磁极
电枢铁心
电枢绕组
换向极
电刷装置 换向器
风扇 转轴
轴承
1－3 直流电机分类－励磁方式
他励
串励
I Ia I Ia I f
并励
I Ia I f
注： I ：电源输入电流； I a ：电枢电流； I f ：励磁电流
复励
4
5
6 S7
8
9
10 N11
12 13 14 S 15 16
15 16 1 2 3 4
+
5 67
－
8 9 10 11 12 13 14
+
－
+
－
单迭绕组的特点
• 元件的两个出线端连接于相邻两个换向片上。
• 并联支路数等于磁极数， 2a=2p;
• 整个电枢绕组的闭合回路中， 感应电动势的总和为 零， 绕组内部无环流；
电刷位置对电枢反应的影响
1. 交轴磁势
与主极轴线正交的轴线通常称为交轴 与主极轴线重合的轴线称为直轴；
2 交轴电枢反应
N
S
主极产生磁场的磁密波形
电枢绕组产生磁场的磁密波形
Fax
1 2
( Nia
Da
2x)
Bax
0
Fax
合成磁场的磁密波形
3 直轴磁势
电刷不在几何中心线上， 电枢磁势分为交轴和直轴分量
n
N：总导体数 Ce：电势常数
电枢电势的认识
Ea
pN 60aLeabharlann nCe n
对电枢电势的认识：
一台制造好的电机， 它的电枢电势(V)正比于每极 磁通φ（韦伯)和转速n（r/min), 与磁密分布无关。
第一章直流电机
《电机及拖动基础》直流电机
例1-3 一台直流发电机， PN=10KW，UN=230V， nN=2850r/min，N=85%。求其额定电流和额定负 载时的输入功率。 。
解
IN PN U
N
10 10 230
3
A 43 . 48 A
P1
PN
N
10 10 0 . 85
3
W 11760 W 11 . 76 kW
势的单位为V。 可见：对已制成的电机, Ea正比于每极磁通和转速n；
另：转矩常数CT与电势常数Ce之间有固定的比值关系：
CT／Ce＝(N· p/2a)/(N· p/60a)=9.55
《电机及拖动基础》直流电机
例1-6 一台直流发电机，2p=4，电枢绕组为单叠绕组， 电枢总导体数N=216，额定转速nN=1469r/min，每极磁 通Φ =2.2× 10-2Wb，求： 1）此发电机电枢绕组的感应电动势。 2）此发电机若作为电动机使用，当电枢电流为800A 时，能产生多大电磁转矩？ 解
《电机及拖动基础》直流电机
例1-4 一台直流电动机，PN=17KW，UN=220V， nN=1500r/min，N=83%。求其额定电流和额定负 载时的输入功率。 解
IN PN U N N 17 10
3
220 0 . 83
3
A 93 . 1 A
P1
PN
N
17 10 0 . 83
《电机及拖动基础》直流电机
二、直流电机的基本结构
直流电机的径向剖面示意图
直流电机的结构图
1-电枢铁心 2-主磁极 3-励磁绕组 4电枢齿 5-换向极绕组 6-换向极铁心 7-电枢槽 8-底座 9-电枢绕组 10-极 掌(极靴） 11-磁轭（机座）
直流电机
一台直流电机作为
电动机运行——在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋 转，拖动生产机械旋转 ，输出机械能；
电能转换为机械能
发电机运行——用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流 电动势，作为直流电源，输出电能。
机械能转为电能
注意：不要孤立的看待发电机和电动机问题
二、直流电机的结构
（一）直流电机的静止部分（定子） 1、主磁极
E U Ra Ia 110 0.04 234 100.6 V
7.5 并励（他励）电动机的起动 与反转 起动
直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。 1. 起动问题： (1) 起动电流大 起动时,n =0 E K E n 0 UN I ast (10 ~ 20) I a N Ra Iast太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器； (2) 起动转矩大
T2: 机械负载转矩 T0: 空载转矩
T KT ΦIa
Ia
U Ea Ia Ra
达到新的平衡点(Ia 、 P入) 。
第四节 直流电动机的机械特性
特点: 励磁绕组与电枢并联 由图可求得
U E I a Ra U If Rf
I
+ E M Ia _ +
UE If Ia Ra
系。
-
+
-
+
他励式
并励式
并励绕组
-
+
-
+
串励绕组
串励式
复励式
按照上面的描述，存在如下四种情况：
1、他励直流电机——励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而是由 其他直流电源对励磁绕组供电。
2、并励直流电机——励磁绕组与电枢绕组并联。
第1章 直流电机的结构与工作原理
讲稿No 1讲稿No 2讲稿No 3讲稿No 4技术课将起到很大的帮助。
本课程的主要内容是结合电机的基本结构，介绍电机的基本工作原理，分析电机内部的电磁关系和规律，在定性分析的基础上，根据电磁定律导出电机各电、磁量的关系，对电机进行定量分析。
最后，应用基本理论，分析一些运行中遇到的问题，从而找出处理方法。
5. 学习本课程应注意的几点根据本课程的性质和特点，学习时应注意以下几点：(1) 要注意理论联系实际。
在理论学习时，要联系电机的结构和所发生的电磁或机械运动现象进行分析，把理论知识应用于实际问题的分析中，不能只满足于表面的理解。
(2) 应抓住重点，深刻理解基本概念和基本理论，注意区别各类电机的同、异点。
善于掌握规律，学会综合分析，解决各种问题。
(3)教案用纸No 5讲 稿No 61、定子定子由主磁极、换向极、电刷装置、机座等组成。
（1）主磁极白银矿冶职业技术学院讲稿No 7）电刷装置白银矿冶职业技术学院讲稿No 8电刷的作用是：与换向器配合引入、引出电流。
（4）机座和端盖机座的作用是固定主磁极等部件，同时也是磁路的一部分。
白银矿冶职业技术学院讲稿No 9量电机中，气隙为0.5～3mm。
其大小对电机性能有很讲稿No10当原动机驱动电机转子逆时针旋转180°后，导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。
白银矿冶职业技术学院讲稿No 11左向右。
该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。
当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。
当电枢旋转到下图所示位置时，原N极性下导体ab极下，受力方向极下导极下，受力方向从右向左。
该电白银矿冶职业技术学院教案用纸No12讲稿No 13白银矿冶职业技术学院讲稿No 14电枢实际槽数。
叠绕组是指相串联的后一个元件端接部分紧叠在前一个元件端接部分的上面，整个绕组1.2.2 电枢绕组的节距．极距极距就是一个磁极在电枢表面的空间距离πZD白银矿冶职业技术学院讲稿No 15白银矿冶职业技术学院讲稿No 16讲稿No 17、单叠绕组的并联支路图画出元件的连接及有关的换向片和电刷，就成了绕组的并联支路图。
《电机与拖动》第1章 直流电机的结构和工作原理
直 流 电 机 的 组 成
作
用：产生感应电动势和电磁转 矩，实现能量的转换
12
1.2
直流电机的结构和工作原理
图1-3 直流电机的结构图 a）直流电机的结构 b）轴端剖面图 1-风扇 2-机座 3-电枢 4-主磁极 5-刷架 6-换向器 7-接线板 8-出线盒 9-换向极 10-端盖
13
1.2
1、定子
30
1.2
3．励磁方式
直流电机的结构和工作原理
励磁绕组获得励磁电流的方式称为励磁方式，如图1-14所示。
图1-14 直流电机的励磁方式 a）他励 b）并励 c）串励 d）复励
31
1.2
直流电机的结构和工作原理
三、直流电机的工作原理
1．直流发电机的基本工作原理
当原动机拖着电枢以一定的转速在磁场中逆时针旋转时，根据 电磁感应原理，线圈边ab和cd以线速度v切割磁力线产生感应电动势， 其方向用右手定则确定。在图中所示的位置，线圈的边ab处于N极下， 产生的电动势从b指向a；线圈的cd边处于S极下，产生的感应电动势 从d指向c。从整个线圈来看，电动势的方向为d c b a。反之， 当ab边转到S极下，边cd转到N极下时，每个边的感应电动势
图1-8 线圈在槽内的放置示意图 1-上层有效边 2、5-端接部分 3-下层有 效边 4-线圈尾端 6-线圈首端
20
1.2
直流电机的结构和工作原理
绕组联接如图1-9所示。
y1
--极距，就是一个磁极在电枢表面的空间距离，其计算是： --第一节距
yk
--换向器节距
y2
Z 2p
--第二节距
y
--合成节距
冒烟（是否冒烟）
第1章直流电机的结构与工作原理
片形状如图1-6所示。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁
心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。
图1-6 电枢铁心冲片 (a) 矩形槽； (b) 梨形槽
2) 电枢绕组 电枢绕组的作用是产生电磁转矩或感应电动势，是直流电 机进行能量转换的关键部件。它由许多线圈按一定规律连接而 成，线圈用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成。 不同线圈边分上、下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之 间以及上、 下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心 力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔(xie)固定，如图1-7所示。 线圈边的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。
相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置
可以调整，调好以后加以固定。
1．刷盒
图1-5 电刷盒装配 2．电刷 3．铜丝辫
4．压紧弹簧
2．转子(电枢)部分 1)电枢铁心 是主磁通磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕
组。为了降低电机运行时的电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞 损耗，电枢铁心用 0.5mm厚的硅钢片冲制的冲片叠压而成，冲
线表示，实线表示上层，虚线表示下层。 注意：实线上的标号既表示槽号又表示元件 号，同时还表示该元件的上层边所在的位置。
第三步：画换向片，按顺序编号。 用小方块代表各换向片，换向片与电枢同周 长，换向片的编号也是按顺序从左向右并以 第一元件上层边所连接的换向片作为第一换
向片号。
第四步：排列、连接绕组。 根据各节距按规律排列连接。
等。
图1-4 换向极结构
3)机座 电机定子部分的外壳称为机座。机座一方面用来 固定主磁极、换向极和端盖，并起到整个电机的支撑和固定 作用；另一方面也是磁路的一部分，借以构成磁极之间的通 路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械
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第1章直流电机结构与工作原理
图1-7 电枢绕组在槽中的绝缘情况
3) 换向器
在直流电动机中，换向器配以电刷能将外加直流电源转换
第1章直流电机结构与工作原理
为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直 流发电机中，换向器配以电刷能将电枢线圈中感应产生的交变 电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。
换向极铁心一般用整块钢制成。对换向性能要求较高的直 流电机，换向极铁心可用1～1.5 mm厚的钢板冲制叠压而成。
换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上。整 个换向极用螺钉固定于机座上。换向极的数目一般与主磁极相 等。
第1章直流电机结构与工作原理
图1-4 换向极结构
3)机座 电机定子部分的外壳称为机座。机座一方面用来 固定主磁极、换向极和端盖，并起到整个电机的支撑和固定
2．转子(电枢)部分
1)电枢铁心 是主磁通磁第路1章直的流主电机要结构部与工分作，原理同时用以嵌放电枢绕 组。为了降低电机运行时的电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞 损耗，电枢铁心用0.5mm厚的硅钢片冲制的冲片叠压而成，冲 片形状如图1-6所示。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁 心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。
转轴起支撑转子旋转的作用， 需有一定的机械强度和刚 第1章直流电机结构与工作原理
度， 一般用圆钢加工而成。
1.1.2 直流电机的基本原理
1、直流发电机工作原理
右图为直流发电机的物第1章理直模流电型机结，构与工作原理 N、S为定子磁极，abcd是固定在 可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈 连同导磁圆柱体称为电机的转子或 电枢。
可见，和电刷A接触的导体总 是位于N极下，和电刷B接触的导 体总是位于S极下。
第1章直流电机结构与工作原理
作用；另一方面也是磁路的一部分，借以构成磁极之间的通 路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械 强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。
4)电刷装置 电刷装置用以引入或引出直流电压或直流电流。 电刷装置由电刷、刷握杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，
1.1.1直流电机的主要结构
定子 转子
铁芯 第1章直流电机结构与工作原理 主磁极 换向极 励磁绕组
电刷装置
机座
端盖
电枢
电枢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ芯 电枢绕组
换向器
转轴 轴承
第1章直流电机结构与工作原理
第1章直流电机结构与工作原理
图1-1 直流电机结构图
第1章直流电机结构与工作原理
第1章直流电机结构与工作原理
图1-2 直流电机的正剖面图 1．极靴 2．电枢齿 3．电枢槽 4．主磁极 5．励磁绕组 6．机座（磁轭） 7．换向极 8．换向极绕组 9．电枢绕
第1章直流电机结构与工作原理
极身 极靴
图1-3 主磁极
2) 换向极（commutating pole）
两相邻主磁极之间的小磁极叫换向极，也叫附加极或间极。
第1章直流电机结构与工作原理
换向极的作用是改善电机换向，减小电机运行时电刷与换向器 之间可能产生的火花。换向极由换向极铁心和换向极绕组构成， 如图1-4所示。
第1章直流电机结构与工作原理
用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，如图1５所示，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相 互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可 以调整，调好以后加以固定。
第1章直流电机结构与工作原理
图1-5 电刷盒装配 1．刷盒 2．电刷 3．铜丝辫 4．压紧弹簧
1．定子部分
1)主磁极 主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极
第1章直流电机结构与工作原理
铁心和励磁绕组两部分组成，如图1-3所示。铁心用0.5～1.5mm 厚的钢板冲片叠压铆紧而成，上面套励磁绕组的部分称为极身， 下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可使气隙中磁场 分布比较理想，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕 制而成，套在极身上，再将整个主磁极用螺钉固定在机座上。
换向器是由许多换向片组成的圆柱体， 换向片之间用云 母片绝缘。换向片的紧固通常如图1-8所示，换向片的下部做 成鸽尾形，两端用钢制Ｖ形套筒和Ｖ形云母环固定， 再加螺 母锁紧。图1-9为直流电机换向器的侧剖面图。
第1章直流电机结构与工作原理
图1-8 换向器
图1-9 直流电机换向器 的侧剖面图
4) 转轴
组 10．电枢铁芯 11．底脚
⒈１.1 直流电机基本结构
直流电机的结构由定子和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止第不1章动直的流电部机结分构与称工为作原定理 子，其主要作用是 产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置 等组成。
运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩 或感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又 称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组 成。
第1章直流电机结构与工作原理
图1-6 电枢铁心冲片 (a) 矩形槽； (b) 梨形槽
2) 电枢绕组
电枢绕组的作用是产生电磁转矩或感应电动势，是直流电
第1章直流电机结构与工作原理
机进行能量转换的关键部件。它由许多线圈按一定规律连接而 成，线圈用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成。
不同线圈边分上、下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之 间以及上、 下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心 力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔(xie)固定，如图1-7所示。 线圈边的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。
第一章 直流电机的结构与工作原理
第1章直流电机结构与工作原理
1.1直流电机的结构与工作原理 1.2直流电机的电枢绕组 1.3直流电机的铭牌数据及主要系列
1.1直流电机的结构与工作原理
直流电动第机1章：直将流电电机能结构转与工化作为原理机械能。 直流电机
直流发电机：将机械能转化为电能。
1.1直流电机的结构与工作原理
线圈的首末端a、d连接到两个 相互绝缘并可随线圈一同旋转的换 向片上。转子线圈与外电路的连接 是通过放置在换向片上固定不动的 电刷进行的。
当原动机驱动电机转子逆时针
旋转180 0 后 ，如右图。 第1章直流电机结构与工作原理
导体ab在S极下，a点低电位， b点高电位；导体cd在N极下，c点 低电位，d点高电位；电刷A极性 仍为正，电刷B极性仍为负。